摘要：文章介紹了醫院建筑合理用能、優化能源的重要性，結合醫院能源管理概況闡述了建設能源管理系統的思路與框架，分析了能源管理系統在PDCA運行模式中的應用，為推進醫院節能工作提供思路。

關鍵詞：醫院能耗；能源管理；節能；PDCA

0前言

當今，發展的需求和能源制約的矛盾喚醒和強化了人們的能源危機意識，尋找提高能源利用效率的解決之道成為小到家庭，大到企業與政府等全社會的共同責任。而醫院作為社會性服務單位，同時醫院建筑又是能耗密度的公共建筑之一，合理用能、優化能源使用效率，是一種社會責任，也是建設節約型醫院的重要舉措。合理用能的前提是了解醫院本身的用能特點及所處的行業水平，在此基礎上利用管理和技術手段執行節能措施，并在執行后對效果進行論證和反饋，建立起能源管理的“策劃－實施－檢查－處置（Plan-Do-Check-Act，PDCA）”運行模式。這是一項系統性工程，一般通過整體規劃、分步實施的方式逐步完善，而建設能耗監管系統就是整個能源管理體系的重要實施環節，是實現能源管控。根據“十二五”規劃，國家要求廣東省“十二五”期間單位GDP能耗下降18%。廣州醫科大學附屬第五醫院（下稱“廣醫五院”）作為廣州市耗能單位需要承擔一定的節能減排任務。因此,在2016年醫院實行了節能工作的試點，建立了全院能耗監管系統。

1醫院能源管理概況

1.1能源消耗狀況

以2014年能耗結構為例，廣醫五院使用的能源有電、水、天然氣和燃料。其中電能費用占比高，為84.37%，其次為水10.22%，天然氣（主要用于食堂）2.79%，柴油汽油2.62%。

1.2能源計量情況

經歷了58年的變遷，本著合理利用的原則，醫院一直沿用建院初期絕大部分的建筑和能源供應系統。雖然在全院范圍內實現了一和二級計量，但大多采用非智能表進行監測，并派專人按月進行抄表統計能耗數據，以紙質文檔進行存單，抄表是以核算醫院能耗成本為目的，因此沒有能源的分析和數據共享。

1.3管理制度情況

醫院下設節能管理辦公室，以完成每年的節能指標為主。在全院范圍內開展節能宣傳活動，并通過技術節能手段實現節能降耗。

1.4節能改造落實

醫院對節能工作高度重視，近年來也開展了一系列節能改造工作，包括LED節能燈具更換、太陽能數碼復疊熱泵系統改造、更換醫院節水型器具等，大多屬于市場中常用的技術節能措施，但對于節能的投入產出比、節能效果的驗證以及用能是否合理等仍處于黑盒狀態。

2能源管理系統建設

2.1設計思路

基于廣醫五院能源管理現狀、建筑年代久遠的情況，可供安裝智能儀表的條件十分有限。在能耗計量出是否有必要覆蓋，與簡約設計能否實現既定目標之間，需要考慮合適的平衡點。能源管理系統建設的目標分為三個方面：一是推行各類建筑節能措施；二是優化能源管理方式；三是全員參與節能，實行科室考核。以此目標為導向，安全生產為前提，結合現有條件對系統進行建設是基本原則。根據三大目標分別采取以下技術路線：

第一，了解能耗特點。根據原有能耗結構，監測電能，點位覆蓋以統計分項能耗為主，其他類型能耗功能區域清晰即可，便于建立醫院能耗模型，定量分析醫院的能耗水平。

第二，設備監測。能源消耗大的區域為節能關注對象，針對空調、水泵、電梯、大型設備等可單獨計量，這些設備數量不多但能耗占比高，通過計量可分析設備使用效率。

第三，區別科室考核。門急診醫技位置用電方式混雜，計量總量結合用能人數分攤科室能耗，不改變原有供電回路；住院樓病區劃分清楚，每個病區獨立計量核算。

2.2系統架構

系統從邏輯維度來看分為感知層、采集層、應用層三個層次，如圖1所示。

1.感知層系統

感知層是能耗數據的直接來源，完成電、水、氣能耗數據的計量、本地存儲和接口傳輸，其點位覆蓋根據設計目標的三大技術路線執行。根據每個能耗采集點的實際安裝條件對設備的安裝方式進行區別性的選型，以及對現有線路、管道進行必要的改造。

2.采集層系統

采集層作為應用層與感知層的中間連接部分，負責把現場分散的數據按照一定的格式傳輸到應用層，同時可以緩存至少30天的數據。由兩層通訊網絡組成，是以太網，二是現場數據總線，例如RS485或M-BUS。

3.應用層系統

應用層采用數據倉庫技術將采集的數據按模型分別抽取建立數據倉庫，并通過可視化技術將能耗數據用各種圖表展示。它是一個軟件系統，運行在服務器中。建立不同的數據模型，如區域、建筑類型、科室、分類分項、設備等。其原理如圖2所示。

數據層：確立模型的數據源，一部分是傳感器采集的能耗數據，另一部分是HIS系統抽取的業務數據，還有部分數據需要手工錄入。

模型層：定制醫院管理需求，選擇不同的能耗模型組合。

工具層：以監和管為，用模塊式功能工具搭建關注界面，滿足用戶使用要求。

業務層：根據醫院管理特點，提煉出相關業務，包括能耗指標、設備效率、科室考核、能源地圖等。服務層：系統通過后臺專業人員定期提供的有償服務。

2.3核心技術

完成醫院能耗監管系統的關鍵技術分為三大點：大數據自動化處理技術、智能網關采集技術、基于采集量編碼的數據挖掘分析技術。

1.大數據自動化處理

海量數據預處理技術：通過對傳感數據進行預處理可以有效去除明顯的錯誤和冗余的數據，清洗所選數據中的有用部分。

數據存儲技術：數據存儲于大量網絡節點上，為了減小數據批量同步遷移時對網絡帶寬資源的占用，采用智能網關進行就近存儲，將傳輸負載均衡化。

數據索引技術：大數據包括時態流數據和空間流數據，對于時態流數據，主要查詢類型為間隔查詢，采用B-Tree、Bitmap索引等。對于空間流數據，常用查詢操作是尋找某個區域內所有符合某個條件的對象，采用多維索引技術，在有限存儲空間里建立優索引，使系統滿足效率要求。

2.智能網關

智能網關是物聯網萬物連接，對于不同的感知層設備的數據和參數都能通過現場總線到達智能網關，并經過它內部A8的高速處理器進行校驗、錯誤及異常處理、數據打包解包、數據加密解密、數據重傳處理等多個模塊的處理，形成可以在IP網上傳遞的分組，然后上傳到服務器和主站系統。

3.基于采集量編碼的數據挖掘

大數據的能耗監管系統通過智能儀表完成能耗相關數據的采集，采集量主要包括電參量數據、水信號數據、氣信號數據、溫濕度等環境數據等，相關數據經由智能網關進行匯總、壓縮和加密處理后上傳至服務器端。為保證能耗數據可通過平臺自動識別和處理，保證數據得到有效的管理和支持查詢服務，實現數據組織、存儲及交換的一致性，本項目對每個采集量進行統一編碼，由采集量編碼和時間戳組成一個能耗信息點，通過系統對海量能耗數據信息點進行集中統計和分析處理，生成能源評估報告，為節能整改提供數據支撐和決策輔助。

3、系統在醫院節能管理中的應用

在建設期間明確了系統的實現目標后，按照日常管理需求，搭建各展現頁面。功能包括能耗的整體概覽、科室能耗考核、能耗指標對比、設備能效比及相關性分析、能源的流向分析、深度下鉆的分項分析、能耗異常告警以及報表等。系統自2016年11月投入試運行后，配備能耗監管系統專職人員維護和使用，按照PDCA循環運行模式對醫院能源進行管理。

3.1數據分析階段（Plan）

醫院的能耗中電力占比高，根據系統數據對電分項詳細分析顯示，如(圖3)，空調用電占將近50%，其次為照明插座（主要為科室用電和辦公用電）和特殊用電（包含了信息機房、大型醫用設備、廚房等），動力用電主要是通用的水泵、電梯、通風機等，占比小。由此醫院在管理中，首先節能管理的在空調用電和照明插座用電中。

醫院在以往的能源管理中未對各科室用能按實際使用量進行考核，“大鍋飯”的形式進行管理，雖然一直宣傳節約能源，但是仍常有不良的用能習慣。從門診部分科室連續3日的電用能曲線（圖4），可以看出6月30日和7月1日晚間出現照明插座負荷并基本保持不變，說明門診結束后有部分用電設備未關閉電源。

廣州屬海洋性亞熱帶季風氣候，每年夏季7、8、9月的空調制冷需求量劇增，因此能耗也較大，醫院在系統的報警設置中設置了能耗超標報警閾值，系統在2017年6月份統計總用電量同比16年增加1.53%，并發出三級報警通知，7月總用電同比16年增加1.77%，連續超標后系統發出二級報警通知。經過詳細分析發現，空調用電中分體空調的增幅較大，并結合醫院設備保養記錄了解到，分體空調的上一次清洗時間在2015年10月份。

3.2節能執行階段（Do）

由于醫院對各臨床科室的用能成本核算，一直以用能人數均攤的方式，與科室實際用電量無關，造成醫務人員節能意識不強。通過系統的應用，醫院自2017年3月開始嘗試利用系統將分布的電能消耗分攤到各個科室/護理單元，打破“大鍋飯”現象帶來的影響。系統每月生成報表，以科室實際用能量考核成本，并定期發布能耗公示以及排名，使各科室之間形成對比。

在發現壁掛式空調能耗高并長時間未清洗后，安排了班組人員8月5日和6日對全院300臺空調集中排查清洗。進行清洗時，發現室內機的過濾網上堆積了很多的灰塵，將濾網拆下后用清水沖洗并風干后恢復安裝。

3.3指標考核階段（Check）

通過科室能耗考核增強了全院醫護人員的節能意識，辦公區內形成了人走燈關、下班關機的習慣。從系統中發現，夜間無業務的科室，其出現夜間用電負荷的情況大有減少；至2017年12月，能耗異常報警數量從473條（3月）減少至229條（12月）。

在空調室內機過濾網清洗后，8月的電總能耗同比2016年下降17.87%，環比7月電能耗下降15.04%。取得了較好的節能效果。

3.4數據復核再循環（Action）

通過系統的分析和簡單的行為節能，首先解決了大部分的能源浪費問題。通過2017年的能耗數據了解醫院的能耗水平后，需要從每一個細分項完善系統的報警設置，進行更精細化的劃分維度，從而可以更地發現和定位不合理用能的設備、人員、部門等。從電分項中的子項特殊用電分析，飯堂及水泵用能屬于特殊用電、動力用電中較高水平，同時這些設備使用年限較長，設備利用率較低，是下一步分析和節能的考慮對象。醫院的節能管理工作進入下一個動態循環中。

4安科瑞AcrelEMS-MED醫院能源管理平臺

4.1平臺概述

AcrelEMS-MED醫院能源管理平臺充分結合《醫療建筑電氣設計規范》《綠色醫院建筑評價標準》、《醫院建筑能耗監管系統建設技術導則》等行業規范、根據醫院用戶需求以及能源管理部門要求，采集分析能源、能耗、能效數據，監測以電能質量、智慧用電相關指標以及其他用能指標，并與國家能源政策與用能模式改革結合。能夠輔助醫院后勤管理人員進行能源供應系統及設備的運行管理工作，幫助醫院管理層實時掌握醫院的能耗情況，為醫院能源信息化建設和節能管理提供了良好的技術平臺。

4.2平臺組成

安科瑞醫院能源管理系統建立基于云平臺的“監、控、維”一體化的能源管理系統，從數據采集、設備控制、數據分析、異常預警、運維派單、系統架構和綜合數據服務等方面的設計，幫助醫院后勤管理部門了解醫院能源運行情況，關注消防和電氣安全，及時預警異常情況，提高運維效率。它集成了10KV/O.4KV變電站電力監控系統、變電所運維云平臺，配電房綜合監控系統，能耗管理系統，智能照明控制系統，智慧消防平臺，電氣火災監控系統，消防設備電源監控系統，防火門監控系統，消防應急照明和疏散指示系統，充電樁管理系統，電能質量治理解決方案，醫療隔離電源解決方案。

4.3平臺拓撲圖

4.4平臺子系統

4.4.1醫院電力監控解決方案

電力監控系統實現對變壓器、柴油發電機、斷路器以及其它重要設備進行監視、測量、記錄、報警等功能，并與保護設備和遠方控制中心及其他設備通信，實時掌握供電系統運行狀況和可能存在的隱患，快速排除故障，提高醫院供電可靠性。

電力監控系統主要針對開閉所和10/0.4kV變電所，對高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數和用能情況。同時對醫院重要設備如柴油發電機、無功補償裝置、有源濾波裝置、UPS、隔離電源系統狀態進行監測。

4.4.2醫院變電所運維云平臺解決方案

AcrelCloud-1000電力運維云平臺采用多功能電力傳感器、無線通信、邊緣計算網關及大數據分析技術，通過智能網關采集現場數據并存儲在本地，再定時向云平臺推送數據。平臺采集的數據包括變電所回路電氣參數和變壓器溫度、環境溫濕度、浸水、煙霧、視頻、門禁等信息，有異常發生10S內通過短信和APP發出告警信號。平臺通過手機APP下發運維任務到指定人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執行過程進行閉環，提高運維效率，即時發現運行缺陷并做消缺處理。

4.4.3醫院配電房綜合監控系統解決方案

Acrel-2000E配電室綜合監控系統，可實現開關柜運行監控、高壓開關柜帶電顯示、母線及電纜測溫監測、環境溫濕度監測、有害氣體監測、安防監控，可對燈光、風機、除濕機、空調控制等設備進行聯動控制。實現動力環境各數據的檢測與設備控制，優化動力環境，避免運行環境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員安全，延長設備使用壽命，實現配電動力環境的分布式遠程管理。

4.4.4醫院能耗管理系統解決方案

對建筑各類耗能設備能耗數據進行實時測量，對采集數據進行統計和分析。能夠合理的確定各科室建筑能耗經濟指標及績效考核指標，發現能源使用規律和能源浪費情況，提高人員主動節能的意識。

①　搭建醫院智慧能源管理系統的基本框架，對各個用能環節進行實時監測；

②　排碳數據化：通過系統可實現建筑單位內人均能耗分析（包括水、電、能量），實現低碳辦公數據化；

③　區域能效比：實現建筑單位內區域能耗對比，方便能耗考核；

④　同期能效比：實現同年、同期、同一區域能耗對比，方便節能數據分析；

⑤　能耗評估管理：按照能源消耗定額標準約束值、標準值、引導值進行分析單位面積能耗和人均能耗指標；

⑥　能耗競爭排名：各個科室能耗對比，實現能耗排名，增強全院工作人員的節能意識；

⑦　對能耗的使用數據進行綜合的分析、統計、打印和查詢等功能，并根據能耗監測管理系統的需要可選擇不同樣式報表的打印。為能耗運營管理部門提供可靠的依據；

⑧　能耗數據采集，隨時查詢，并根據采集數據進行統計分析，監測異常能源用量，對能源智能儀表故障進行報警，提高系統信息化、自動化水平。

4.4.5醫院智能照明控制系統解決方案

醫院人流比較密集，科室較多，照明用電在醫院電能消耗中約占到15%左右。所以合理使用照明控制系統，在提升醫生和患者的體驗情況下大程度使用自然光照明，通過感應控制做到人來燈亮，人走燈滅或保持地強度照明，盡量解決照明用電。

ASL1000智能照明控制系統可以實現場景控制、時間控制、區域控制、光照度感應控制以及紅外感應控制等多種控制方式，能有效避免公共區域的照明浪費，還可以幫助醫院管理照明。

系統在配電箱內的模塊主要有總線電源、開關驅動器、IP網關、耦合器、干接點輸入模塊等。這些模塊使用35mm標準導軌安裝。

安裝在控制現場的模塊主要有光照度傳感器、紅外傳感器和智能面板。有人經過可以設定紅外感應控制亮燈，人離開后在設定的時間內熄燈，智能面板等手動控制設備，可實現自動控制、現場控制和值班室遠程控制相結合。

4.4.6醫院智慧消防平臺解決方案

智慧消防云平臺基于物聯網、大數據、云計算等現代信息技術，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網絡，并對這些設備的狀態進行智能化感知、識別、定位，實時動態采集消防信息，通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統化”需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯動，在統一的系統大平臺內運行，用戶、安保人員、監管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現細節隱患、發生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內，相關報警和事件信息通過手機短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關人員。

4.4.7醫院電氣火災監控系統解決方案

電氣火災監控系統作為火災自動報警系統的預警子系統，由電氣火災監控主機、電氣火災監控單元、剩余電流式電氣火災探測器以及測溫式電氣火災探測器組成，通過現場總線構成一套完整的預防電氣火災的監控系統，數據可集成至企業消控室監控系統。

??醫院電氣火災監控系統以建筑為單位設置，采集數據后上傳至值班室監控主機，實現對建筑電氣安全預警。現場設置的傳感器監測配電系統回路的漏電電流和線纜溫度，異常時實時發出報警信號，關注門診樓、住院樓、醫技樓等區域漏電或者電纜發熱等問題。

4.4.8醫院消防設備電源監控系統解決方案

醫院消防安全非常重要，消防設備比較多，消防設備電源監控系統主要功能就是用于監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。

消防設備電源監控監控系統采用消防二總線，以建筑為單位設置區域分機采集消防設備電源狀態，區域分機通過二總線接收多臺傳感器的電壓、電流信息和開關狀態信息，以此實現對消防設備電源工作狀態的實時監視。

4.4.9醫院防火門監控系統解決方案

醫院防火門數量比較多，由于部分區域經常有人走動，常開常閉防火門數量都不少，防火門監控系統的作用就是監測防火門開閉狀態，在發生火災后自動關閉常開防火門，防止煙霧擴散。防火門監控系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，用于監測和控制防火門狀態，當防火門發生異常位置信號時，防火門監控器能發出故障報警信號，指示故障報警部位并保存故障報警信息。發生火災時，關閉事故區域所有常開防火門，防止煙霧向安全區域擴散。

4.4.10醫院消防應急照明和疏散指示系統解決方案

醫院人員流動性強，密度大，消防比較復雜，一旦發生火災，疏散指示系統非常重要。消防應急照明和指示系統可以和火災報警系統聯動，提供應急照明和疏散路徑指示，指引人群快速找到疏散出口，并可以一鍵選擇疏散應急預案，提升人員逃生概率。

4.4.11醫院有源諧波治理系統解決方案

都是諧波源，比如X光機、CT機等都會產生大量諧波，諧波使電能的生產、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發生故障或燒毀。諧波可引起電力系統局部并聯諧振或串聯諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現混亂。對于醫院的精密化驗設備可能會產生干擾。

為了消除配電系統諧波對醫院設備的影響，方案配置AnSinI有源濾波器，濾除電網2~31次諧波干擾。

AnSinI系列有源電力濾波裝置，以并聯方式接入電網，通過實時檢測負載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術，從變流器中產生一個和當前諧波分量和無功分量對應的反向分量并實時注入電力系統，從而實現諧波治理和無功補償。

4.4.12醫院充電樁系統解決方案

醫院停車場有電動汽車和電動自行車，均需要提供充電樁。充電樁管理系統通過物聯網技術對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，解決物業、用電管理部門的充電樁使用、監控問題。電動自行車充電可采用投幣、掃碼充電方式，電動汽車支持IC卡和掃碼充電方式。遠程充電樁系統可實時遠程完成啟動充電、強制停止、單價設置等控制指令，用戶可通過APP、微信、支付寶小程序掃描二維碼，進行支付后，系統發起充電請求，控制二維碼對應的充電樁完成電動汽車的充電過程。同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警；能夠遠程控制，提供財務報表和數據分析等功能。

4.4.13醫院醫療隔離電源解決方案

《民用建筑電氣設計規范》14.7.6.3條明確規定：在電源突然中斷后，重大醫療危險的場所，應采用電力系統不接地（IT系統）的供電方式。同時《醫院潔凈手術部建筑技術規范》GB50333-2002中規定：2類醫療場所在維持患者生命，外科手術和其他位于患者周圍的電氣裝置均應采用醫用IT系統。如：搶救室（門診手術室）、手術室、心臟監控治療室、導管介入室、血管照影檢查室等。

安科瑞電氣股份有限公司的醫療隔離電源解決方案是針對醫療Ⅱ類場所的供電需求而開發設計的，能夠很好的滿足各類手術室和重癥監護室對電源安全性和可靠性的要求，并符合國家相關標準。

4.5相關平臺部署硬件選型清單

4.5.1電力監控系統硬件配置